CN104767582B - 一种以太网的同步方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以太网的同步方法、装置及系统，涉及通信技术，在反馈帧中携带路径延迟信息，在命令帧中携带的时间信息为命令帧中的该命令帧的发送时间、传输路径的延迟与各转发该命令帧的从节点的转发延迟时间三者之和，从节点接收到命令帧后，即可确定自身确定的接收时间和时间信息的差距，从而确定出自身时间计数器与主节点的时间计数器的差异，进而通过调整时间计数器实现同步，由于从节点在每次接收到命令帧时，都能够进行同步，减小了同步周期，提高了同步精度，而且不需要发送同步帧，仅在反馈帧和命令帧中携带相应的信息，对通信效率影响较小。

Description

一种以太网的同步方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及通信技术，尤其涉及一种以太网的同步方法、装置及系统。

背景技术

实时工业以太网技术中，通信效率和实时性能是两大重点。PROFINET IRT（PROFINET Isochronous Real-Time，基于PROFINET的同步实时，PROFINET一种工业以太网通讯协定）是一种高效的传输方式，主节点按逆序依次发送数据包，从节点同时向主节点发送数据包，以此获得极高的传输效率。

如图1所示，PROFINET IRT这种传输方式需要各个从节点在同一时间发出数据包，因此需要良好的同步性能，使其发送时刻一致，保证数据包在转发过程中不会在某些从节点中堆积，从而获得高效的传输性能。

PROFINET IRT使用IEEE1588协议进行同步，因此，在每个通信周期中，除了正常传输数据的时间之外，还需要额外的同步时间。如果每个通信周期所有从节点都进行一次同步，则同步所需的时间将超过正常传输数据的时间，极大的降低了有效数据的传输率。

一种折中的解决方法是，在每个通信周期仅对一个从节点进行同步，当网络总共有N个从节点时，完成对所有从节点的一次同步需要N个通信周期，对于单个从节点，其同步周期也相应变为N个通信周期。由于时钟芯片一致性等问题，同步周期越长，其累积的偏差就越大，比如一个50ppm的晶振产生的时钟，如果同步周期为20ms，则同步周期累计的误差可达到1us。

可见，目前进行同步对通信效率的影响较大，或者同步精度较小。

发明内容

本发明实施例提供一种以太网的同步方法、装置及系统，以实现精度较大的同步并对通信效率影响较小。

本发明实施例提供一种以太网的同步方法，包括：

主节点对每个从节点，获取该从节点发送的反馈帧中携带的从节点到主节点的路径延迟，所述路径延迟为发送该反馈帧的从节点确定的发送时间与各转发该反馈帧的从节点的转发延迟时间之和；

主节点确定传输路径的延迟为接收该反馈帧的时间与所述路径延迟的差值；

主节点向该从节点发送命令帧，并在所述命令帧中携带该命令帧的发送时间与所述路径延迟之和，由该从节点接收到该命令帧后，根据接收该命令帧的接收时间以及所述命令帧中的该命令帧的发送时间、传输路径的延迟与各转发该命令帧的从节点的转发延迟时间三者之和，调整时间计数器。

由于从节点可以根据命令帧中的该命令帧的发送时间、传输路径的延迟与各转发该命令帧的从节点的转发延迟时间三者之和，确定出自身时间计数器与主节点的时间计数器的差异，进而可以对时间计数器进行调整，与主节点的时间计数器实现同步。

进一步，为尽可能的充分利用传输路线，提高传输效率，主节点向该从节点发送命令帧，具体包括：

主节点根据各从节点的级联顺序，从远到近依次向各从节点发送命令帧。

进一步，为了使得各从节点的同步更加精确，还包括：

主节点在接收到反馈帧后，若在接收反馈帧的同一通信周期向该从节点发送命令帧，则将命令帧中的周期标志位设置为第一设定值，由从节点接收到该命令帧后，在当前时间计数器值的基础上调整时间计数器；

主节点在接收到反馈帧后，若在接收反馈帧的下一通信周期向该从节点发送命令帧，则将命令帧中的周期标志位设置为第二设定值，由从节点接收到该命令帧后，在前一通信周期的时间计数器值的基础上调整时间计数器。

本发明实施例还提供一种以太网的同步方法，包括：

从节点向主节点发送反馈帧，并在所述反馈帧中携带该反馈帧的发送时间；

从节点接收主节点获取所述反馈帧中的路径延迟后，发送的命令帧，所述命令帧中携带所述命令帧中的该命令帧的发送时间、传输路径的延迟与各转发该命令帧的从节点的转发延迟时间三者之和，所述路径延迟为为发送该反馈帧的从节点确定的发送时间与各转发该反馈帧的从节点的转发延迟时间之和，所述传输路径的延迟为主节点接收该反馈帧的时间与所述路径延迟的差值；

从节点根据接收该命令帧的接收时间以及所述命令帧中的该命令帧的发送时间、传输路径的延迟与各转发该命令帧的从节点的转发延迟时间三者之和，调整时间计数器。

由于从节点可以根据命令帧中的该命令帧的发送时间、传输路径的延迟与各转发该命令帧的从节点的转发延迟时间三者之和，确定出自身时间计数器与主节点的时间计数器的差异，进而可以对时间计数器进行调整，与主节点的时间计数器实现同步。

进一步，对于该级联有下一级从节点的从节点，该方法还包括：

接收到其它从节点向主节点发送的反馈帧时，根据该反馈帧的接收时间和转发时间确定该反馈帧的转发延迟时间；更新该反馈帧的路径延迟为，该转发延迟时间与从该反馈帧中读取的路径延迟之和，并转发所述反馈帧；

接收到向其他从节点发送的命令帧时，根据该命令帧的接收时间和转发时间确定该命令帧的转发延迟时间；更新该命令帧的时钟信息为，该转发延迟时间与从该命令帧中读取的时钟信息之和，并转发所述命令帧。

进一步，为提高同步精度，所述从节点调整时间计数器，具体包括：

从节点确定所述命令帧中的周期标志位为第一设定值时，确定主节点在接收反馈帧的同一通信周期向该从节点发送的命令帧，在当前时间计数器值的基础上调整时间计数器；

从节点确定所述命令帧中的周期标志位为第二设定值时，确定主节点在接收反馈帧的下一通信周期向该从节点发送的命令帧，在前一通信周期的时间计数器值的基础上调整时间计数器。

本发明实施例提供一种主节点，包括：

获取单元，用于对每个从节点，获取该从节点发送的反馈帧中携带的从节点到主节点的路径延迟，所述路径延迟为发送该反馈帧的从节点确定的发送时间与各转发该反馈帧的从节点的转发延迟时间之和；

确定单元，用于确定传输路径的延迟为接收该反馈帧的时间与所述路径延迟的差值；

发送单元，用于向该从节点发送命令帧，并在所述命令帧中携带该命令帧的发送时间与所述路径延迟之和，由该从节点接收到该命令帧后，根据接收该命令帧的接收时间以及所述命令帧中的该命令帧的发送时间、传输路径的延迟与各转发该命令帧的从节点的转发延迟时间三者之和，调整时间计数器。

由于从节点可以根据命令帧中的该命令帧的发送时间、传输路径的延迟与各转发该命令帧的从节点的转发延迟时间三者之和，确定出自身时间计数器与主节点的时间计数器的差异，进而可以对时间计数器进行调整，与主节点的时间计数器实现同步。

进一步，为尽可能的充分利用传输路线，提高传输效率，所述发送单元向该从节点发送命令帧，具体包括：

根据各从节点的级联顺序，从远到近依次向各从节点发送命令帧。

进一步，为了使得各从节点的同步更加精确，所述发送单元还用于：

在接收到反馈帧后，若在接收反馈帧的同一通信周期向该从节点发送命令帧，则将命令帧中的周期标志位设置为第一设定值，由从节点接收到该命令帧后，在当前时间计数器值的基础上调整时间计数器；

在接收到反馈帧后，若在接收反馈帧的下一通信周期向该从节点发送命令帧，则将命令帧中的周期标志位设置为第二设定值，由从节点接收到该命令帧后，在前一通信周期的时间计数器值的基础上调整时间计数器。

本发明实施例还提供一种从节点，包括：

反馈单元，用于向主节点发送反馈帧，并在所述反馈帧中携带该反馈帧的发送时间；

接收单元，用于接收主节点获取所述反馈帧中的路径延迟后，发送的命令帧，所述命令帧中携带所述命令帧中的该命令帧的发送时间、传输路径的延迟与各转发该命令帧的从节点的转发延迟时间三者之和，所述路径延迟为为发送该反馈帧的从节点确定的发送时间与各转发该反馈帧的从节点的转发延迟时间之和，所述传输路径的延迟为主节点接收该反馈帧的时间与所述路径延迟的差值；

同步单元，用于根据接收该命令帧的接收时间以及所述命令帧中的该命令帧的发送时间、传输路径的延迟与各转发该命令帧的从节点的转发延迟时间三者之和，调整时间计数器。

由于从节点可以根据命令帧中的该命令帧的发送时间、传输路径的延迟与各转发该命令帧的从节点的转发延迟时间三者之和，确定出自身时间计数器与主节点的时间计数器的差异，进而可以对时间计数器进行调整，与主节点的时间计数器实现同步。

进一步，对于该级联有下一级从节点的从节点，还包括：

转发单元，用于接收到其它从节点向主节点发送的反馈帧时，根据该反馈帧的接收时间和转发时间确定该反馈帧的转发延迟时间；更新该反馈帧的路径延迟为，该转发延迟时间与从该反馈帧中读取的路径延迟之和，并转发所述反馈帧；接收到向其他从节点发送的命令帧时，根据该命令帧的接收时间和转发时间确定该命令帧的转发延迟时间；更新该命令帧的时钟信息为，该转发延迟时间与从该命令帧中读取的时钟信息之和，并转发所述命令帧。

进一步，为提高同步精度，所述同步单元调整时间计数器，具体包括：

确定所述命令帧中的周期标志位为第一设定值时，确定主节点在接收反馈帧的同一通信周期向该从节点发送的命令帧，在当前时间计数器值的基础上调整时间计数器；

确定所述命令帧中的周期标志位为第二设定值时，确定主节点在接收反馈帧的下一通信周期向该从节点发送的命令帧，在前一通信周期的时间计数器值的基础上调整时间计数器。

本发明实施例还提供一种以太网同步系统，包括：

主节点，用于对每个从节点，获取该从节点发送的反馈帧中携带的从节点到主节点的路径延迟，所述路径延迟为发送该反馈帧的从节点确定的发送时间与各转发该反馈帧的从节点的转发延迟时间之和；确定传输路径的延迟为接收该反馈帧的时间与所述路径延迟的差值；向该从节点发送命令帧，并在所述命令帧中携带该命令帧的发送时间与所述路径延迟之和。

从节点，用于向主节点发送反馈帧，并在所述反馈帧中携带该反馈帧的发送时间；接收主节点获取所述反馈帧中的路径延迟后，发送的命令帧，所述命令帧中携带所述命令帧中的该命令帧的发送时间、传输路径的延迟与各转发该命令帧的从节点的转发延迟时间三者之和；根据接收该命令帧的接收时间以及所述命令帧中的该命令帧的发送时间、传输路径的延迟与各转发该命令帧的从节点的转发延迟时间三者之和，调整时间计数器。

进一步，所述从节点还用于：

接收到其它从节点向主节点发送的反馈帧时，根据该反馈帧的接收时间和转发时间确定该反馈帧的转发延迟时间；更新该反馈帧的路径延迟为，该转发延迟时间与从该反馈帧中读取的路径延迟之和，并转发所述反馈帧；

接收到向其他从节点发送的命令帧时，根据该命令帧的接收时间和转发时间确定该命令帧的转发延迟时间；更新该命令帧的时钟信息为，该转发延迟时间与从该命令帧中读取的时钟信息之和，并转发所述命令帧。

本发明实施例提供一种主节点，包括处理器和收发接口，其中：

处理器，用于对每个从节点，获取该从节点发送的反馈帧中携带的从节点到主节点的路径延迟，所述路径延迟为发送该反馈帧的从节点确定的发送时间与各转发该反馈帧的从节点的转发延迟时间之和；确定传输路径的延迟为接收该反馈帧的时间与所述路径延迟的差值；通过收发接口向该从节点发送命令帧，并在所述命令帧中携带该命令帧的发送时间与所述路径延迟之和，由该从节点接收到该命令帧后，根据接收该命令帧的接收时间以及所述命令帧中的该命令帧的发送时间、确定传输路径的延迟与各转发该命令帧的从节点的转发延迟时间三者之和，调整时间计数器。

本发明实施例提供一种从节点，包括处理器和收发接口，其中：

处理器，用于通过所述收发接口向主节点发送反馈帧，并在所述反馈帧中携带该反馈帧的发送时间；通过所述收发接口接收主节点获取所述反馈帧中的路径延迟后发送的命令帧，所述命令帧中携带所述命令帧中的该命令帧的发送时间、传输路径的延迟与各转发该命令帧的从节点的转发延迟时间三者之和，所述路径延迟为为发送该反馈帧的从节点确定的发送时间与各转发该反馈帧的从节点的转发延迟时间之和，所述传输路径的延迟为主节点接收该反馈帧的时间与所述路径延迟的差值；根据接收该命令帧的接收时间以及所述命令帧中的该命令帧的发送时间、传输路径的延迟与各转发该命令帧的从节点的转发延迟时间三者之和，调整时间计数器。

本发明实施例提供一种以太网的同步方法、装置及系统，在反馈帧中携带路径延迟信息，在命令帧中携带的时间信息为命令帧中的该命令帧的发送时间、传输路径的延迟与各转发该命令帧的从节点的转发延迟时间三者之和，从节点接收到命令帧后，即可确定自身确定的接收时间和时间信息的差距，从而确定出自身时间计数器与主节点的时间计数器的差异，进而通过调整时间计数器实现同步，由于从节点在每次接收到命令帧时，都能够进行同步，减小了同步周期，提高了同步精度，而且不需要发送同步帧，仅在反馈帧和命令帧中携带相应的信息，对通信效率影响较小。

附图说明

图1为现有技术中PROFINET IRT传输方式示意图；

图2为本发明实施例提供的以太网的同步方法流程图之一；

图3为本发明实施例提供的帧传输流程图；

图4为本发明实施例提供的以太网的同步方法流程图之二；

图5为本发明实施例提供的初始化过程的编码和同步流程图；

图6为本发明实施例提供的初始化后的网络结构示意图；

图7为本发明实施例提供的数据包格式示意图；

图8为本发明实施例提供的从节点转发反馈帧的示意图；

图9为本发明实施例提供的主节点结构示意图之一；

图10为本发明实施例提供的从节点结构示意图之一；

图11为本发明实施例提供的以太网的同步系统结构示意图；

图12为本发明实施例提供的主节点结构示意图之二；

图13为本发明实施例提供的从节点结构示意图之二。

具体实施方式

本发明实施例提供一种以太网的同步方法、装置及系统，在反馈帧中携带路径延迟信息，在命令帧中携带的时间信息为命令帧中的该命令帧的发送时间、传输路径的延迟与各转发该命令帧的从节点的转发延迟时间三者之和，从节点接收到命令帧后，即可确定自身确定的接收时间和时间信息的差距，从而确定出自身时间计数器与主节点的时间计数器的差异，进而通过调整时间计数器实现同步，由于从节点在每次接收到命令帧时，都能够进行同步，减小了同步周期，提高了同步精度，而且不需要发送同步帧，仅在反馈帧和命令帧中携带相应的信息，对通信效率影响较小。

如图2所示，本发明实施例提供的以太网的同步方法，包括：

步骤S201、主节点对每个从节点，获取该从节点发送的反馈帧中携带的从节点到主节点的路径延迟，路径延迟为发送该反馈帧的从节点确定的发送时间与各转发该反馈帧的从节点的转发延迟时间之和；

步骤S202、主节点确定传输路径的延迟为接收该反馈帧的时间与路径延迟的差值；

步骤S203、主节点向该从节点发送命令帧，并在命令帧中携带该命令帧的发送时间与路径延迟之和，由该从节点接收到该命令帧后，根据接收该命令帧的接收时间以及命令帧中的该命令帧的发送时间、传输路径的延迟与各转发该命令帧的从节点的转发延迟时间三者之和，调整时间计数器。

其中，网络中至少包含一个主节点和若干个从节点，每个从节点包含两个网口，相互之间通过标准网线首尾相连形成链式网络，主节点和每个从节点都包含一个独立的30位时间计数器。

由于从节点可以根据命令帧中的该命令帧的发送时间、传输路径的延迟与各转发该命令帧的从节点的转发延迟时间三者之和，确定出自身时间计数器与主节点的时间计数器的差异，进而可以对时间计数器进行调整，与主节点的时间计数器实现同步。

较佳的，在步骤S203中，主节点向该从节点发送命令帧，具体包括：

主节点根据各从节点的级联顺序，从远到近依次向各从节点发送命令帧。

此时，可以尽可能的充分利用传输路线，提高传输效率。

主节点可以根据从节点的连接顺序为每个从节点顺序编号，从而便于确认各从节点的级联顺序，当然，主节点也可以通过对应表等其它方式维护各从节点的级联顺序。

本发明实施例提供一种从节点顺序编号方法：网络中每个节点都有两个ID，一个为网络ID，在网络运行过程中保持不变，可以使用外部拨码的方式固定，也可以在接入网络后由主节点分配；另一个为逻辑ID，体现的是从节点与主节点之间的连接关系，随着网络连接关系的变化而变化。主节点在网络初始化时，查看各个从节点的状态，根据连接关系，为每个从节点分配一个逻辑ID，并对每个节点进行同步，告知每个节点通信周期和进入正常通信状态的时间。逻辑ID即为根据从节点级联顺序进行的顺序编号。

由于各从节点与主节点的距离不同，有些从节点可能与主节点距离较远，在一个通信周期中仅能够进行反馈帧的发送或者进行命令帧的发送，而有些从节点可能可以在同一通信周期中完成反馈帧和命令帧的发送，例如，如图3所示，对于从节点2～从节点N，在一个通信周期中仅能够进行反馈帧的发送或者进行命令帧的发送，而对于从节点1，在一个通信周期中即可完成反馈帧和命令帧的发送。

所以，为了使得各从节点的同步更加精确，主节点可以进一步通知从节点该命令帧中的时间信息是根据前一通信周期的反馈帧计算的还是根据当前通信周期的反馈帧计算的，此时，该方法还包括：

主节点在接收到反馈帧后，若在接收反馈帧的同一通信周期向该从节点发送命令帧，则将命令帧中的周期标志位设置为第一设定值，由从节点接收到该命令帧后，在当前时间计数器值的基础上调整时间计数器；

主节点在接收到反馈帧后，若在接收反馈帧的下一通信周期向该从节点发送命令帧，则将命令帧中的周期标志位设置为第二设定值，由从节点接收到该命令帧后，在前一通信周期的时间计数器值的基础上调整时间计数器。

本发明实施例还提供一种以太网的同步方法，如图4所示，包括：

步骤S401、从节点向主节点发送反馈帧，并在反馈帧中携带该反馈帧的发送时间；

步骤S402、从节点接收主节点获取反馈帧中的路径延迟后，发送的命令帧，命令帧中携带命令帧中的该命令帧的发送时间、传输路径的延迟与各转发该命令帧的从节点的转发延迟时间三者之和，路径延迟为为发送该反馈帧的从节点确定的发送时间与各转发该反馈帧的从节点的转发延迟时间之和，传输路径的延迟为主节点接收该反馈帧的时间与路径延迟的差值；

步骤S403、从节点根据接收该命令帧的接收时间以及命令帧中的该命令帧的发送时间、传输路径的延迟与各转发该命令帧的从节点的转发延迟时间三者之和，调整时间计数器。

对于从节点来说，如果接收到其它从节点向主节点发送的反馈帧或者其他从节点发送的命令帧，都需要进行转发，转发前，需要根据自身产生的转发延迟时间更新该反馈帧的路径延迟或该命令帧的时钟信息。

此时，从节点接收到其它从节点向主节点发送的反馈帧时，根据该反馈帧的接收时间和转发时间确定该反馈帧的转发延迟时间；更新该反馈帧的路径延迟为，该转发延迟时间与从该反馈帧中读取的路径延迟之和，并转发反馈帧；

接收到向其他从节点发送的命令帧时，根据该命令帧的接收时间和转发时间确定该命令帧的转发延迟时间；更新该命令帧的时钟信息为，该转发延迟时间与从该命令帧中读取的时钟信息之和，并转发命令帧。

相应的，为提高同步精度，从节点调整时间计数器，具体包括：

从节点确定命令帧中的周期标志位为第一设定值时，确定主节点在接收反馈帧的同一通信周期向该从节点发送的命令帧，在当前时间计数器值的基础上调整时间计数器；

从节点确定命令帧中的周期标志位为第二设定值时，确定主节点在接收反馈帧的下一通信周期向该从节点发送的命令帧，在前一通信周期的时间计数器值的基础上调整时间计数器。

具体的，从节点发送反馈帧时，发送时间Ts_tx，将其作为初始的路径时延写入到反馈帧的时钟信息中，从节点在转发其他从节点的反馈帧时，记录接收反馈帧的时间Tf_rx，发送时间Tf_tx，计算从节点转发延迟时间delay_f=Tf_tx–Tf_rx，将转发延迟时间与原路径时延的和作为新的路径时延写入到反馈帧的时钟信息中，当反馈帧到达主节点时，其时钟信息中的路径时延为T1=Ts_tx+∑delay_f，其中∑delay_f为所有转发该反馈帧的从节点的转发延迟时间之和。

主节点接收到反馈帧时，记录接收时间Tm_rx，读取反馈帧中的路径时延T1，计算T2=Tm_rx-T1，当主节点的时钟与从节点的时钟一致时，T2表示的是从节点到主节点的路径延迟，只包含网线传输时间，其他从节点的转发延迟已在公式中消除。

当主节点发送命令帧时，发送时间Tm_tx，计算T3=Tm_tx+T2，将其写入到命令帧的时钟信息中，非目标从节点在转发该命令帧时，记录接收命令帧的时间Tc_rx，发送时间Tc_tx，计算转发延迟时间delay_c=Tc_tx–Tc_rx，将转发延迟时间加入到命令帧的时钟信息中，当命令帧到达目标从节点时，其时钟信息为T4=T3+∑delay_c，其中∑delay_c为所有转发该命令帧的从节点的转发延迟时间之和。

当目标从节点接收到命令帧时，记录接收时间Ts_rx，读取命令帧中的时钟信息T4，计算主节点与从节点的时钟偏差为T_bias=(Ts_rx–T4)/2。在本次通信周期结束时，调整时间计数器。

主节点在每次计算T2时，将相应命令帧对应的当前周期标志位置1，当通信周期结束时，若还没有发送该命令帧，则清零该标志位。发送该命令帧时，读取该标志位并写入到命令帧的同步状态中。目标从节点接收到该命令帧时，读取同步状态，若该标志位为1，说明T2为本通信周期获得的，主节点与从节点的时钟偏差按T_bias=(Ts_rx–T4)/2计算；若该标志位为0，说明T2为上一通信周期获得的，主节点与从节点的时钟偏差按修正公式T_bias=(Ts_rx–T4+T_bias_pre)/2计算，T_bias_pre为从节点上一通信周期计算获得的时钟偏差值。

下面通过一个具体的实施例对该同步方法进行详细说明：

系统上电主节点自检完成后，通过网口B发起对网络的编码排序，为每个从节点重新顺序分配一个网络ID号。如图5所示，主节点的网口B发出编码查询帧，未被重新编码的从节点接收到编码查询帧时，向主节点发送反馈帧，告知本节点的状态信息；之后等待接收主节点的编码确认帧，修改自身的网络ID，并进行同步计算，调整时间计数器。同步计算方法与下面描述的正常工作时的同步方法相同。已被重新编码的从节点接收到编码查询帧和编码确认帧时，将其通过另一个端口向后转发。

通过这样的方式，如图6所示，主节点依次对从节点进行编码，并建立起网络ID和逻辑ID的对应表。这种方式下，由于从节点的网络ID是由主节点动态分配的，因此网络ID与逻辑ID一致。

完成对所有从节点的重新编码和同步后，主节点将设定的通信周期和进入正常通信状态的时间下发给各个从节点，网络退出初始化状态。

网络进入正常通信状态，在第m个通信周期开始时，主节点依次向从节点发送命令帧，所有从节点同时向主节点发送反馈帧，发送时，从节点发送时间Ts_tx(m)，将其写入到反馈帧的时钟信息中，网络中数据包的格式如图7所示。

当反馈帧经过其他从节点转发时，转发反馈帧的从节点将记录接收该反馈帧的时间Tf_rx(m)，转发时间Tf_tx(m)，计算反馈帧在本从节点的延迟时间delay_f(m)=Tf_tx(m)–Tf_rx(m)。将延迟时间加入到该反馈帧的时钟信息中，如图8所示。当反馈帧到达主节点时，其时钟信息为T1=Ts_tx(m)+∑delay_f(m)，其中∑delay_f(m)为所有转发该反馈帧的从节点的转发延迟时间之和。

主节点接收到反馈帧时，记录接收时间Tm_rx(m)，读取反馈帧中的时钟信息T1，计算T2=Tm_rx(m)-T1，将当前周期标志位置1，当通信周期结束时，清零该标志位。

进入下一通信周期，主节点依次下发命令帧给各个从节点，先发送从节点N的命令帧，依次一直到从节点1的命令帧。发送时，发送时间Tm_tx(m+1)，计算T3=Tm_tx(m+1)+T2，将其写入到命令帧的时钟信息中。

从节点接收到主节点下发的命令帧时，比对其中的网络ID，如果与自身的网络ID不相同，则转发该命令帧。与转发反馈帧时一样，记录接收命令帧的时间Tc_rx(m+1)，转发时间Tc_tx(m+1)，计算转发延迟delay_c(m+1)=Tc_tx(m+1)–Tc_rx(m+1)，将其加入到命令帧的时钟信息中，当命令帧到达目标从节点时，其时钟信息为T4=T3+∑delay_c(m+1)，其中∑delay_c(m+1)为所有转发该命令帧的从节点的转发延迟时间之和。

目标从节点接收到命令帧时，记录接收时间Ts_rx(m+1)，读取命令帧中的时钟信息T4，同时读取命令帧中的控制信息。

若控制信息中的当前周期标志位为0，则说明T4所代表的时钟信息中，T2的值为上一个通信周期的数，此时T4=Tm_tx(m+1)+∑delay_c(m+1)+Tm_rx(m)–[Ts_tx(m)+∑delay_f(m)]，由于从节点每个通信周期结束时会根据偏差值调整时间计数器，因此Ts_tx(m)的数值需要加上上一通信周期的的偏差值，才能与Ts_rx(m+1)的值处于同一参考系下。计算主节点与从节点的时钟偏差为T_bias(m+1)=[Ts_rx(m+1)+T_bias(m)–T4]/2。在本次通信周期结束时，调整时间计数器。

若控制信息中的当前周期标志位为1，则说明T4所代表的时钟信息中，T2的值为本次通信周期的数，此时T4=Tm_tx(m+1)+∑delay_c(m+1)+Tm_rx(m+1)–[Ts_tx(m+1)+∑delay_f(m+1)]，按公式T_bias(m+1)=[Ts_rx(m+1)–T4]/2计算主节点与从节点的时钟偏差，在本次通信周期结束时，调整时间计数器。

本发明实施例还提供一种主节点，如图9所示，包括：

获取单元901，用于对每个从节点，获取该从节点发送的反馈帧中携带的从节点到主节点的路径延迟，路径延迟为发送该反馈帧的从节点确定的发送时间与各转发该反馈帧的从节点的转发延迟时间之和；

确定单元902，用于确定传输路径的延迟为接收该反馈帧的时间与路径延迟的差值；

发送单元903，用于向该从节点发送命令帧，并在命令帧中携带该命令帧的发送时间与路径延迟之和，由该从节点接收到该命令帧后，根据接收该命令帧的接收时间以及命令帧中的该命令帧的发送时间、传输路径的延迟与各转发该命令帧的从节点的转发延迟时间三者之和，调整时间计数器。

其中，发送单元903向该从节点发送命令帧，具体包括：

根据各从节点的级联顺序，从远到近依次向各从节点发送命令帧。

发送单元903还用于：

在接收到反馈帧后，若在接收反馈帧的同一通信周期向该从节点发送命令帧，则将命令帧中的周期标志位设置为第一设定值，由从节点接收到该命令帧后，在当前时间计数器值的基础上调整时间计数器；

在接收到反馈帧后，若在接收反馈帧的下一通信周期向该从节点发送命令帧，则将命令帧中的周期标志位设置为第二设定值，由从节点接收到该命令帧后，在前一通信周期的时间计数器值的基础上调整时间计数器。

本发明实施例还提供一种从节点，如图10所示，包括：

反馈单元1001，用于向主节点发送反馈帧，并在反馈帧中携带该反馈帧的发送时间；

接收单元1002，用于接收主节点获取反馈帧中的路径延迟后，发送的命令帧，命令帧中携带命令帧中的该命令帧的发送时间、传输路径的延迟与各转发该命令帧的从节点的转发延迟时间三者之和，路径延迟为为发送该反馈帧的从节点确定的发送时间与各转发该反馈帧的从节点的转发延迟时间之和，所述传输路径的延迟为主节点接收该反馈帧的时间与所述路径延迟的差值；

同步单元1003，用于根据接收该命令帧的接收时间以及命令帧中的该命令帧的发送时间、传输路径的延迟与各转发该命令帧的从节点的转发延迟时间三者之和，调整时间计数器。

进一步，若该从节点之后还级联有其它从节点，需要该从节点转发反馈帧和/或命令帧，则该从节点中还包括：

转发单元，用于接收到其它从节点向主节点发送的反馈帧时，根据该反馈帧的接收时间和转发时间确定该反馈帧的转发延迟时间；更新该反馈帧的路径延迟为，该转发延迟时间与从该反馈帧中读取的路径延迟之和，并转发反馈帧；接收到向其他从节点发送的命令帧时，根据该命令帧的接收时间和转发时间确定该命令帧的转发延迟时间；更新该命令帧的时钟信息为，该转发延迟时间与从该命令帧中读取的时钟信息之和，并转发命令帧。

进一步，同步单元1003调整时间计数器，具体包括：

确定命令帧中的周期标志位为第一设定值时，确定主节点在接收反馈帧的同一通信周期向该从节点发送的命令帧，在当前时间计数器值的基础上调整时间计数器；

确定命令帧中的周期标志位为第二设定值时，确定主节点在接收反馈帧的下一通信周期向该从节点发送的命令帧，在前一通信周期的时间计数器值的基础上调整时间计数器。

本发明实施例还提供一种以太网同步系统，如图11所示，包括：

主节点1101，用于对每个从节点，获取该从节点发送的反馈帧中携带的从节点到主节点的路径延迟，路径延迟为发送该反馈帧的从节点确定的发送时间与各转发该反馈帧的从节点的转发延迟时间之和；确定传输路径的延迟为接收该反馈帧的时间与路径延迟的差值；向该从节点发送命令帧，并在命令帧中携带该命令帧的发送时间与路径延迟之和。

从节点1102，用于向主节点发送反馈帧，并在反馈帧中携带该反馈帧的发送时间；接收主节点获取反馈帧中的路径延迟后，发送的命令帧，命令帧中携带命令帧中的该命令帧的发送时间、传输路径的延迟与各转发该命令帧的从节点的转发延迟时间三者之和；根据接收该命令帧的接收时间以及命令帧中的该命令帧的发送时间、传输路径的延迟与各转发该命令帧的从节点的转发延迟时间三者之和，调整时间计数器。

进一步，从节点1102还用于：

接收到其它从节点向主节点发送的反馈帧时，根据该反馈帧的接收时间和转发时间确定该反馈帧的转发延迟时间；更新该反馈帧的路径延迟为，该转发延迟时间与从该反馈帧中读取的路径延迟之和，并转发反馈帧；

接收到向其他从节点发送的命令帧时，根据该命令帧的接收时间和转发时间确定该命令帧的转发延迟时间；更新该命令帧的时钟信息为，该转发延迟时间与从该命令帧中读取的时钟信息之和，并转发命令帧。

本发明实施例还提供一种主节点，如图12所示，包括处理器1201和收发接口1202，其中：

处理器1201，用于对每个从节点，获取该从节点发送的反馈帧中携带的从节点到主节点的路径延迟，路径延迟为发送该反馈帧的从节点确定的发送时间与各转发该反馈帧的从节点的转发延迟时间之和；确定传输路径的延迟为接收该反馈帧的时间与所述路径延迟的差值；通过收发接口1202向该从节点发送命令帧，并在命令帧中携带该命令帧的发送时间与路径延迟之和，由该从节点接收到该命令帧后，根据接收该命令帧的接收时间以及命令帧中的该命令帧的发送时间、确定传输路径的延迟与各转发该命令帧的从节点的转发延迟时间三者之和，调整时间计数器。

本发明实施例还提供一种从节点，如图13所示，包括处理器1301和收发接口1302，其中：

处理器1301，用于通过收发接口1302向主节点发送反馈帧，并在反馈帧中携带该反馈帧的发送时间；通过收发接口1302接收主节点获取反馈帧中的路径延迟后发送的命令帧，命令帧中携带命令帧中的该命令帧的发送时间、传输路径的延迟与各转发该命令帧的从节点的转发延迟时间三者之和，路径延迟为为发送该反馈帧的从节点确定的发送时间与各转发该反馈帧的从节点的转发延迟时间之和；根据接收该命令帧的接收时间以及命令帧中的该命令帧的发送时间、传输路径的延迟与各转发该命令帧的从节点的转发延迟时间三者之和，调整时间计数器。

本发明实施例提供一种以太网的同步方法、装置及系统，在反馈帧中携带路径延迟信息，在命令帧中携带的时间信息为命令帧中的该命令帧的发送时间、传输路径的延迟与各转发该命令帧的从节点的转发延迟时间三者之和，从节点接收到命令帧后，即可确定自身确定的接收时间和时间信息的差距，从而确定出自身时间计数器与主节点的时间计数器的差异，进而通过调整时间计数器实现同步，由于从节点在每次接收到命令帧时，都能够进行同步，减小了同步周期，提高了同步精度，而且不需要发送同步帧，仅在反馈帧和命令帧中携带相应的信息，对通信效率影响较小。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (16)

1.一种以太网的同步方法，其特征在于，包括：

主节点对每个从节点，获取该从节点发送的反馈帧中携带的从节点到主节点的路径延迟，所述路径延迟为发送该反馈帧的从节点确定的发送时间与各转发该反馈帧的从节点的转发延迟时间之和；

主节点确定传输路径的延迟为接收该反馈帧的时间与所述路径延迟的差值；

主节点向该从节点发送命令帧，并在所述命令帧中携带该命令帧的发送时间与所述路径延迟之和，由该从节点接收到该命令帧后，根据接收该命令帧的接收时间以及所述命令帧中的该命令帧的发送时间、传输路径的延迟与各转发该命令帧的从节点的转发延迟时间三者之和，调整时间计数器。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主节点向该从节点发送命令帧，具体包括：

主节点根据各从节点的级联顺序，从远到近依次向各从节点发送命令帧。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

主节点在接收到反馈帧后，若在接收反馈帧的同一通信周期向该从节点发送命令帧，则将命令帧中的周期标志位设置为第一设定值，由从节点接收到该命令帧后，在当前时间计数器值的基础上调整时间计数器；

主节点在接收到反馈帧后，若在接收反馈帧的下一通信周期向该从节点发送命令帧，则将命令帧中的周期标志位设置为第二设定值，由从节点接收到该命令帧后，在前一通信周期的时间计数器值的基础上调整时间计数器。

4.一种以太网的同步方法，其特征在于，包括：

从节点向主节点发送反馈帧，并在所述反馈帧中携带该反馈帧的发送时间；

从节点接收主节点获取所述反馈帧中的路径延迟后，发送的命令帧，所述命令帧中携带所述命令帧中的该命令帧的发送时间、传输路径的延迟与各转发该命令帧的从节点的转发延迟时间三者之和，所述路径延迟为为发送该反馈帧的从节点确定的发送时间与各转发该反馈帧的从节点的转发延迟时间之和，所述传输路径的延迟为主节点接收该反馈帧的时间与所述路径延迟的差值；

从节点根据接收该命令帧的接收时间以及所述命令帧中的该命令帧的发送时间、传输路径的延迟与各转发该命令帧的从节点的转发延迟时间三者之和，调整时间计数器。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：

接收到其它从节点向主节点发送的反馈帧时，从节点根据该反馈帧的接收时间和转发时间确定该反馈帧的转发延迟时间；更新该反馈帧的路径延迟为，该转发延迟时间与从该反馈帧中读取的路径延迟之和，并转发所述反馈帧；

接收到向其他从节点发送的命令帧时，从节点根据该命令帧的接收时间和转发时间确定该命令帧的转发延迟时间；更新该命令帧的时钟信息为，该转发延迟时间与从该命令帧中读取的时钟信息之和，并转发所述命令帧。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述从节点调整时间计数器，具体包括：

从节点确定所述命令帧中的周期标志位为第一设定值时，确定主节点在接收反馈帧的同一通信周期向该从节点发送的命令帧，在当前时间计数器值的基础上调整时间计数器；

从节点确定所述命令帧中的周期标志位为第二设定值时，确定主节点在接收反馈帧的下一通信周期向该从节点发送的命令帧，在前一通信周期的时间计数器值的基础上调整时间计数器。

7.一种主节点，其特征在于，包括：

获取单元，用于对每个从节点，获取该从节点发送的反馈帧中携带的从节点到主节点的路径延迟，所述路径延迟为发送该反馈帧的从节点确定的发送时间与各转发该反馈帧的从节点的转发延迟时间之和；

确定单元，用于确定传输路径的延迟为接收该反馈帧的时间与所述路径延迟的差值；

发送单元，用于向该从节点发送命令帧，并在所述命令帧中携带该命令帧的发送时间与所述路径延迟之和，由该从节点接收到该命令帧后，根据接收该命令帧的接收时间以及所述命令帧中的该命令帧的发送时间、传输路径的延迟与各转发该命令帧的从节点的转发延迟时间三者之和，调整时间计数器。

8.如权利要求7所述的主节点，其特征在于，所述发送单元向该从节点发送命令帧，具体包括：

根据各从节点的级联顺序，从远到近依次向各从节点发送命令帧。

9.如权利要求7所述的主节点，其特征在于，所述发送单元还用于：

在接收到反馈帧后，若在接收反馈帧的同一通信周期向该从节点发送命令帧，则将命令帧中的周期标志位设置为第一设定值，由从节点接收到该命令帧后，在当前时间计数器值的基础上调整时间计数器；

在接收到反馈帧后，若在接收反馈帧的下一通信周期向该从节点发送命令帧，则将命令帧中的周期标志位设置为第二设定值，由从节点接收到该命令帧后，在前一通信周期的时间计数器值的基础上调整时间计数器。

10.一种从节点，其特征在于，包括：

反馈单元，用于向主节点发送反馈帧，并在所述反馈帧中携带该反馈帧的发送时间；

接收单元，用于接收主节点获取所述反馈帧中的路径延迟后，发送的命令帧，所述命令帧中携带所述命令帧中的该命令帧的发送时间、传输路径的延迟与各转发该命令帧的从节点的转发延迟时间三者之和，所述路径延迟为为发送该反馈帧的从节点确定的发送时间与各转发该反馈帧的从节点的转发延迟时间之和，所述传输路径的延迟为主节点接收该反馈帧的时间与所述路径延迟的差值；

同步单元，用于根据接收该命令帧的接收时间以及所述命令帧中的该命令帧的发送时间、传输路径的延迟与各转发该命令帧的从节点的转发延迟时间三者之和，调整时间计数器。

11.如权利要求10所述的从节点，其特征在于，还包括：

转发单元，用于接收到其它从节点向主节点发送的反馈帧时，根据该反馈帧的接收时间和转发时间确定该反馈帧的转发延迟时间；更新该反馈帧的路径延迟为，该转发延迟时间与从该反馈帧中读取的路径延迟之和，并转发所述反馈帧；接收到向其他从节点发送的命令帧时，根据该命令帧的接收时间和转发时间确定该命令帧的转发延迟时间；更新该命令帧的时钟信息为，该转发延迟时间与从该命令帧中读取的时钟信息之和，并转发所述命令帧。

12.如权利要求10所述的从节点，其特征在于，所述同步单元调整时间计数器，具体包括：

确定所述命令帧中的周期标志位为第一设定值时，确定主节点在接收反馈帧的同一通信周期向该从节点发送的命令帧，在当前时间计数器值的基础上调整时间计数器；

确定所述命令帧中的周期标志位为第二设定值时，确定主节点在接收反馈帧的下一通信周期向该从节点发送的命令帧，在前一通信周期的时间计数器值的基础上调整时间计数器。

13.一种以太网同步系统，其特征在于，包括：

主节点，用于对每个从节点，获取该从节点发送的反馈帧中携带的从节点到主节点的路径延迟，所述路径延迟为发送该反馈帧的从节点确定的发送时间与各转发该反馈帧的从节点的转发延迟时间之和；确定传输路径的延迟为接收该反馈帧的时间与所述路径延迟的差值；向该从节点发送命令帧，并在所述命令帧中携带该命令帧的发送时间与所述路径延迟之和；

从节点，用于向主节点发送反馈帧，并在所述反馈帧中携带该反馈帧的发送时间；接收主节点获取所述反馈帧中的路径延迟后，发送的命令帧，所述命令帧中携带所述命令帧中的该命令帧的发送时间、传输路径的延迟与各转发该命令帧的从节点的转发延迟时间三者之和；根据接收该命令帧的接收时间以及所述命令帧中的该命令帧的发送时间、传输路径的延迟与各转发该命令帧的从节点的转发延迟时间三者之和，调整时间计数器。

14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述从节点还用于：

接收到其它从节点向主节点发送的反馈帧时，根据该反馈帧的接收时间和转发时间确定该反馈帧的转发延迟时间；更新该反馈帧的路径延迟为，该转发延迟时间与从该反馈帧中读取的路径延迟之和，并转发所述反馈帧；

接收到向其他从节点发送的命令帧时，根据该命令帧的接收时间和转发时间确定该命令帧的转发延迟时间；更新该命令帧的时钟信息为，该转发延迟时间与从该命令帧中读取的时钟信息之和，并转发所述命令帧。

15.一种主节点，其特征在于，包括处理器和收发接口，其中：

处理器，用于对每个从节点，获取该从节点发送的反馈帧中携带的从节点到主节点的路径延迟，所述路径延迟为发送该反馈帧的从节点确定的发送时间与各转发该反馈帧的从节点的转发延迟时间之和；确定传输路径的延迟为接收该反馈帧的时间与所述路径延迟的差值；通过收发接口向该从节点发送命令帧，并在所述命令帧中携带该命令帧的发送时间与所述路径延迟之和，由该从节点接收到该命令帧后，根据接收该命令帧的接收时间以及所述命令帧中的该命令帧的发送时间、确定传输路径的延迟与各转发该命令帧的从节点的转发延迟时间三者之和，调整时间计数器。

16.一种从节点，其特征在于，包括处理器和收发接口，其中：

处理器，用于通过所述收发接口向主节点发送反馈帧，并在所述反馈帧中携带该反馈帧的发送时间；通过所述收发接口接收主节点获取所述反馈帧中的路径延迟后发送的命令帧，所述命令帧中携带所述命令帧中的该命令帧的发送时间、传输路径的延迟与各转发该命令帧的从节点的转发延迟时间三者之和，所述路径延迟为为发送该反馈帧的从节点确定的发送时间与各转发该反馈帧的从节点的转发延迟时间之和，所述传输路径的延迟为主节点接收该反馈帧的时间与所述路径延迟的差值；根据接收该命令帧的接收时间以及所述命令帧中的该命令帧的发送时间、传输路径的延迟与各转发该命令帧的从节点的转发延迟时间三者之和，调整时间计数器。